GNU Linux-libre 6.8.9-gnu
[releases.git] / net / sched / sch_qfq.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  * net/sched/sch_qfq.c         Quick Fair Queueing Plus Scheduler.
4  *
5  * Copyright (c) 2009 Fabio Checconi, Luigi Rizzo, and Paolo Valente.
6  * Copyright (c) 2012 Paolo Valente.
7  */
8
9 #include <linux/module.h>
10 #include <linux/init.h>
11 #include <linux/bitops.h>
12 #include <linux/errno.h>
13 #include <linux/netdevice.h>
14 #include <linux/pkt_sched.h>
15 #include <net/sch_generic.h>
16 #include <net/pkt_sched.h>
17 #include <net/pkt_cls.h>
18
19
20 /*  Quick Fair Queueing Plus
21     ========================
22
23     Sources:
24
25     [1] Paolo Valente,
26     "Reducing the Execution Time of Fair-Queueing Schedulers."
27     http://algo.ing.unimo.it/people/paolo/agg-sched/agg-sched.pdf
28
29     Sources for QFQ:
30
31     [2] Fabio Checconi, Luigi Rizzo, and Paolo Valente: "QFQ: Efficient
32     Packet Scheduling with Tight Bandwidth Distribution Guarantees."
33
34     See also:
35     http://retis.sssup.it/~fabio/linux/qfq/
36  */
37
38 /*
39
40   QFQ+ divides classes into aggregates of at most MAX_AGG_CLASSES
41   classes. Each aggregate is timestamped with a virtual start time S
42   and a virtual finish time F, and scheduled according to its
43   timestamps. S and F are computed as a function of a system virtual
44   time function V. The classes within each aggregate are instead
45   scheduled with DRR.
46
47   To speed up operations, QFQ+ divides also aggregates into a limited
48   number of groups. Which group a class belongs to depends on the
49   ratio between the maximum packet length for the class and the weight
50   of the class. Groups have their own S and F. In the end, QFQ+
51   schedules groups, then aggregates within groups, then classes within
52   aggregates. See [1] and [2] for a full description.
53
54   Virtual time computations.
55
56   S, F and V are all computed in fixed point arithmetic with
57   FRAC_BITS decimal bits.
58
59   QFQ_MAX_INDEX is the maximum index allowed for a group. We need
60         one bit per index.
61   QFQ_MAX_WSHIFT is the maximum power of two supported as a weight.
62
63   The layout of the bits is as below:
64
65                    [ MTU_SHIFT ][      FRAC_BITS    ]
66                    [ MAX_INDEX    ][ MIN_SLOT_SHIFT ]
67                                  ^.__grp->index = 0
68                                  *.__grp->slot_shift
69
70   where MIN_SLOT_SHIFT is derived by difference from the others.
71
72   The max group index corresponds to Lmax/w_min, where
73   Lmax=1<<MTU_SHIFT, w_min = 1 .
74   From this, and knowing how many groups (MAX_INDEX) we want,
75   we can derive the shift corresponding to each group.
76
77   Because we often need to compute
78         F = S + len/w_i  and V = V + len/wsum
79   instead of storing w_i store the value
80         inv_w = (1<<FRAC_BITS)/w_i
81   so we can do F = S + len * inv_w * wsum.
82   We use W_TOT in the formulas so we can easily move between
83   static and adaptive weight sum.
84
85   The per-scheduler-instance data contain all the data structures
86   for the scheduler: bitmaps and bucket lists.
87
88  */
89
90 /*
91  * Maximum number of consecutive slots occupied by backlogged classes
92  * inside a group.
93  */
94 #define QFQ_MAX_SLOTS   32
95
96 /*
97  * Shifts used for aggregate<->group mapping.  We allow class weights that are
98  * in the range [1, 2^MAX_WSHIFT], and we try to map each aggregate i to the
99  * group with the smallest index that can support the L_i / r_i configured
100  * for the classes in the aggregate.
101  *
102  * grp->index is the index of the group; and grp->slot_shift
103  * is the shift for the corresponding (scaled) sigma_i.
104  */
105 #define QFQ_MAX_INDEX           24
106 #define QFQ_MAX_WSHIFT          10
107
108 #define QFQ_MAX_WEIGHT          (1<<QFQ_MAX_WSHIFT) /* see qfq_slot_insert */
109 #define QFQ_MAX_WSUM            (64*QFQ_MAX_WEIGHT)
110
111 #define FRAC_BITS               30      /* fixed point arithmetic */
112 #define ONE_FP                  (1UL << FRAC_BITS)
113
114 #define QFQ_MTU_SHIFT           16      /* to support TSO/GSO */
115 #define QFQ_MIN_LMAX            512     /* see qfq_slot_insert */
116 #define QFQ_MAX_LMAX            (1UL << QFQ_MTU_SHIFT)
117
118 #define QFQ_MAX_AGG_CLASSES     8 /* max num classes per aggregate allowed */
119
120 /*
121  * Possible group states.  These values are used as indexes for the bitmaps
122  * array of struct qfq_queue.
123  */
124 enum qfq_state { ER, IR, EB, IB, QFQ_MAX_STATE };
125
126 struct qfq_group;
127
128 struct qfq_aggregate;
129
130 struct qfq_class {
131         struct Qdisc_class_common common;
132
133         struct gnet_stats_basic_sync bstats;
134         struct gnet_stats_queue qstats;
135         struct net_rate_estimator __rcu *rate_est;
136         struct Qdisc *qdisc;
137         struct list_head alist;         /* Link for active-classes list. */
138         struct qfq_aggregate *agg;      /* Parent aggregate. */
139         int deficit;                    /* DRR deficit counter. */
140 };
141
142 struct qfq_aggregate {
143         struct hlist_node next; /* Link for the slot list. */
144         u64 S, F;               /* flow timestamps (exact) */
145
146         /* group we belong to. In principle we would need the index,
147          * which is log_2(lmax/weight), but we never reference it
148          * directly, only the group.
149          */
150         struct qfq_group *grp;
151
152         /* these are copied from the flowset. */
153         u32     class_weight; /* Weight of each class in this aggregate. */
154         /* Max pkt size for the classes in this aggregate, DRR quantum. */
155         int     lmax;
156
157         u32     inv_w;      /* ONE_FP/(sum of weights of classes in aggr.). */
158         u32     budgetmax;  /* Max budget for this aggregate. */
159         u32     initial_budget, budget;     /* Initial and current budget. */
160
161         int               num_classes;  /* Number of classes in this aggr. */
162         struct list_head  active;       /* DRR queue of active classes. */
163
164         struct hlist_node nonfull_next; /* See nonfull_aggs in qfq_sched. */
165 };
166
167 struct qfq_group {
168         u64 S, F;                       /* group timestamps (approx). */
169         unsigned int slot_shift;        /* Slot shift. */
170         unsigned int index;             /* Group index. */
171         unsigned int front;             /* Index of the front slot. */
172         unsigned long full_slots;       /* non-empty slots */
173
174         /* Array of RR lists of active aggregates. */
175         struct hlist_head slots[QFQ_MAX_SLOTS];
176 };
177
178 struct qfq_sched {
179         struct tcf_proto __rcu *filter_list;
180         struct tcf_block        *block;
181         struct Qdisc_class_hash clhash;
182
183         u64                     oldV, V;        /* Precise virtual times. */
184         struct qfq_aggregate    *in_serv_agg;   /* Aggregate being served. */
185         u32                     wsum;           /* weight sum */
186         u32                     iwsum;          /* inverse weight sum */
187
188         unsigned long bitmaps[QFQ_MAX_STATE];       /* Group bitmaps. */
189         struct qfq_group groups[QFQ_MAX_INDEX + 1]; /* The groups. */
190         u32 min_slot_shift;     /* Index of the group-0 bit in the bitmaps. */
191
192         u32 max_agg_classes;            /* Max number of classes per aggr. */
193         struct hlist_head nonfull_aggs; /* Aggs with room for more classes. */
194 };
195
196 /*
197  * Possible reasons why the timestamps of an aggregate are updated
198  * enqueue: the aggregate switches from idle to active and must scheduled
199  *          for service
200  * requeue: the aggregate finishes its budget, so it stops being served and
201  *          must be rescheduled for service
202  */
203 enum update_reason {enqueue, requeue};
204
205 static struct qfq_class *qfq_find_class(struct Qdisc *sch, u32 classid)
206 {
207         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
208         struct Qdisc_class_common *clc;
209
210         clc = qdisc_class_find(&q->clhash, classid);
211         if (clc == NULL)
212                 return NULL;
213         return container_of(clc, struct qfq_class, common);
214 }
215
216 static const struct netlink_range_validation lmax_range = {
217         .min = QFQ_MIN_LMAX,
218         .max = QFQ_MAX_LMAX,
219 };
220
221 static const struct nla_policy qfq_policy[TCA_QFQ_MAX + 1] = {
222         [TCA_QFQ_WEIGHT] = NLA_POLICY_RANGE(NLA_U32, 1, QFQ_MAX_WEIGHT),
223         [TCA_QFQ_LMAX] = NLA_POLICY_FULL_RANGE(NLA_U32, &lmax_range),
224 };
225
226 /*
227  * Calculate a flow index, given its weight and maximum packet length.
228  * index = log_2(maxlen/weight) but we need to apply the scaling.
229  * This is used only once at flow creation.
230  */
231 static int qfq_calc_index(u32 inv_w, unsigned int maxlen, u32 min_slot_shift)
232 {
233         u64 slot_size = (u64)maxlen * inv_w;
234         unsigned long size_map;
235         int index = 0;
236
237         size_map = slot_size >> min_slot_shift;
238         if (!size_map)
239                 goto out;
240
241         index = __fls(size_map) + 1;    /* basically a log_2 */
242         index -= !(slot_size - (1ULL << (index + min_slot_shift - 1)));
243
244         if (index < 0)
245                 index = 0;
246 out:
247         pr_debug("qfq calc_index: W = %lu, L = %u, I = %d\n",
248                  (unsigned long) ONE_FP/inv_w, maxlen, index);
249
250         return index;
251 }
252
253 static void qfq_deactivate_agg(struct qfq_sched *, struct qfq_aggregate *);
254 static void qfq_activate_agg(struct qfq_sched *, struct qfq_aggregate *,
255                              enum update_reason);
256
257 static void qfq_init_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg,
258                          u32 lmax, u32 weight)
259 {
260         INIT_LIST_HEAD(&agg->active);
261         hlist_add_head(&agg->nonfull_next, &q->nonfull_aggs);
262
263         agg->lmax = lmax;
264         agg->class_weight = weight;
265 }
266
267 static struct qfq_aggregate *qfq_find_agg(struct qfq_sched *q,
268                                           u32 lmax, u32 weight)
269 {
270         struct qfq_aggregate *agg;
271
272         hlist_for_each_entry(agg, &q->nonfull_aggs, nonfull_next)
273                 if (agg->lmax == lmax && agg->class_weight == weight)
274                         return agg;
275
276         return NULL;
277 }
278
279
280 /* Update aggregate as a function of the new number of classes. */
281 static void qfq_update_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg,
282                            int new_num_classes)
283 {
284         u32 new_agg_weight;
285
286         if (new_num_classes == q->max_agg_classes)
287                 hlist_del_init(&agg->nonfull_next);
288
289         if (agg->num_classes > new_num_classes &&
290             new_num_classes == q->max_agg_classes - 1) /* agg no more full */
291                 hlist_add_head(&agg->nonfull_next, &q->nonfull_aggs);
292
293         /* The next assignment may let
294          * agg->initial_budget > agg->budgetmax
295          * hold, we will take it into account in charge_actual_service().
296          */
297         agg->budgetmax = new_num_classes * agg->lmax;
298         new_agg_weight = agg->class_weight * new_num_classes;
299         agg->inv_w = ONE_FP/new_agg_weight;
300
301         if (agg->grp == NULL) {
302                 int i = qfq_calc_index(agg->inv_w, agg->budgetmax,
303                                        q->min_slot_shift);
304                 agg->grp = &q->groups[i];
305         }
306
307         q->wsum +=
308                 (int) agg->class_weight * (new_num_classes - agg->num_classes);
309         q->iwsum = ONE_FP / q->wsum;
310
311         agg->num_classes = new_num_classes;
312 }
313
314 /* Add class to aggregate. */
315 static void qfq_add_to_agg(struct qfq_sched *q,
316                            struct qfq_aggregate *agg,
317                            struct qfq_class *cl)
318 {
319         cl->agg = agg;
320
321         qfq_update_agg(q, agg, agg->num_classes+1);
322         if (cl->qdisc->q.qlen > 0) { /* adding an active class */
323                 list_add_tail(&cl->alist, &agg->active);
324                 if (list_first_entry(&agg->active, struct qfq_class, alist) ==
325                     cl && q->in_serv_agg != agg) /* agg was inactive */
326                         qfq_activate_agg(q, agg, enqueue); /* schedule agg */
327         }
328 }
329
330 static struct qfq_aggregate *qfq_choose_next_agg(struct qfq_sched *);
331
332 static void qfq_destroy_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg)
333 {
334         hlist_del_init(&agg->nonfull_next);
335         q->wsum -= agg->class_weight;
336         if (q->wsum != 0)
337                 q->iwsum = ONE_FP / q->wsum;
338
339         if (q->in_serv_agg == agg)
340                 q->in_serv_agg = qfq_choose_next_agg(q);
341         kfree(agg);
342 }
343
344 /* Deschedule class from within its parent aggregate. */
345 static void qfq_deactivate_class(struct qfq_sched *q, struct qfq_class *cl)
346 {
347         struct qfq_aggregate *agg = cl->agg;
348
349
350         list_del(&cl->alist); /* remove from RR queue of the aggregate */
351         if (list_empty(&agg->active)) /* agg is now inactive */
352                 qfq_deactivate_agg(q, agg);
353 }
354
355 /* Remove class from its parent aggregate. */
356 static void qfq_rm_from_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_class *cl)
357 {
358         struct qfq_aggregate *agg = cl->agg;
359
360         cl->agg = NULL;
361         if (agg->num_classes == 1) { /* agg being emptied, destroy it */
362                 qfq_destroy_agg(q, agg);
363                 return;
364         }
365         qfq_update_agg(q, agg, agg->num_classes-1);
366 }
367
368 /* Deschedule class and remove it from its parent aggregate. */
369 static void qfq_deact_rm_from_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_class *cl)
370 {
371         if (cl->qdisc->q.qlen > 0) /* class is active */
372                 qfq_deactivate_class(q, cl);
373
374         qfq_rm_from_agg(q, cl);
375 }
376
377 /* Move class to a new aggregate, matching the new class weight and/or lmax */
378 static int qfq_change_agg(struct Qdisc *sch, struct qfq_class *cl, u32 weight,
379                            u32 lmax)
380 {
381         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
382         struct qfq_aggregate *new_agg;
383
384         /* 'lmax' can range from [QFQ_MIN_LMAX, pktlen + stab overhead] */
385         if (lmax > QFQ_MAX_LMAX)
386                 return -EINVAL;
387
388         new_agg = qfq_find_agg(q, lmax, weight);
389         if (new_agg == NULL) { /* create new aggregate */
390                 new_agg = kzalloc(sizeof(*new_agg), GFP_ATOMIC);
391                 if (new_agg == NULL)
392                         return -ENOBUFS;
393                 qfq_init_agg(q, new_agg, lmax, weight);
394         }
395         qfq_deact_rm_from_agg(q, cl);
396         qfq_add_to_agg(q, new_agg, cl);
397
398         return 0;
399 }
400
401 static int qfq_change_class(struct Qdisc *sch, u32 classid, u32 parentid,
402                             struct nlattr **tca, unsigned long *arg,
403                             struct netlink_ext_ack *extack)
404 {
405         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
406         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)*arg;
407         bool existing = false;
408         struct nlattr *tb[TCA_QFQ_MAX + 1];
409         struct qfq_aggregate *new_agg = NULL;
410         u32 weight, lmax, inv_w;
411         int err;
412         int delta_w;
413
414         if (NL_REQ_ATTR_CHECK(extack, NULL, tca, TCA_OPTIONS)) {
415                 NL_SET_ERR_MSG_MOD(extack, "missing options");
416                 return -EINVAL;
417         }
418
419         err = nla_parse_nested_deprecated(tb, TCA_QFQ_MAX, tca[TCA_OPTIONS],
420                                           qfq_policy, extack);
421         if (err < 0)
422                 return err;
423
424         if (tb[TCA_QFQ_WEIGHT])
425                 weight = nla_get_u32(tb[TCA_QFQ_WEIGHT]);
426         else
427                 weight = 1;
428
429         if (tb[TCA_QFQ_LMAX]) {
430                 lmax = nla_get_u32(tb[TCA_QFQ_LMAX]);
431         } else {
432                 /* MTU size is user controlled */
433                 lmax = psched_mtu(qdisc_dev(sch));
434                 if (lmax < QFQ_MIN_LMAX || lmax > QFQ_MAX_LMAX) {
435                         NL_SET_ERR_MSG_MOD(extack,
436                                            "MTU size out of bounds for qfq");
437                         return -EINVAL;
438                 }
439         }
440
441         inv_w = ONE_FP / weight;
442         weight = ONE_FP / inv_w;
443
444         if (cl != NULL &&
445             lmax == cl->agg->lmax &&
446             weight == cl->agg->class_weight)
447                 return 0; /* nothing to change */
448
449         delta_w = weight - (cl ? cl->agg->class_weight : 0);
450
451         if (q->wsum + delta_w > QFQ_MAX_WSUM) {
452                 NL_SET_ERR_MSG_FMT_MOD(extack,
453                                        "total weight out of range (%d + %u)\n",
454                                        delta_w, q->wsum);
455                 return -EINVAL;
456         }
457
458         if (cl != NULL) { /* modify existing class */
459                 if (tca[TCA_RATE]) {
460                         err = gen_replace_estimator(&cl->bstats, NULL,
461                                                     &cl->rate_est,
462                                                     NULL,
463                                                     true,
464                                                     tca[TCA_RATE]);
465                         if (err)
466                                 return err;
467                 }
468                 existing = true;
469                 goto set_change_agg;
470         }
471
472         /* create and init new class */
473         cl = kzalloc(sizeof(struct qfq_class), GFP_KERNEL);
474         if (cl == NULL)
475                 return -ENOBUFS;
476
477         gnet_stats_basic_sync_init(&cl->bstats);
478         cl->common.classid = classid;
479         cl->deficit = lmax;
480
481         cl->qdisc = qdisc_create_dflt(sch->dev_queue, &pfifo_qdisc_ops,
482                                       classid, NULL);
483         if (cl->qdisc == NULL)
484                 cl->qdisc = &noop_qdisc;
485
486         if (tca[TCA_RATE]) {
487                 err = gen_new_estimator(&cl->bstats, NULL,
488                                         &cl->rate_est,
489                                         NULL,
490                                         true,
491                                         tca[TCA_RATE]);
492                 if (err)
493                         goto destroy_class;
494         }
495
496         if (cl->qdisc != &noop_qdisc)
497                 qdisc_hash_add(cl->qdisc, true);
498
499 set_change_agg:
500         sch_tree_lock(sch);
501         new_agg = qfq_find_agg(q, lmax, weight);
502         if (new_agg == NULL) { /* create new aggregate */
503                 sch_tree_unlock(sch);
504                 new_agg = kzalloc(sizeof(*new_agg), GFP_KERNEL);
505                 if (new_agg == NULL) {
506                         err = -ENOBUFS;
507                         gen_kill_estimator(&cl->rate_est);
508                         goto destroy_class;
509                 }
510                 sch_tree_lock(sch);
511                 qfq_init_agg(q, new_agg, lmax, weight);
512         }
513         if (existing)
514                 qfq_deact_rm_from_agg(q, cl);
515         else
516                 qdisc_class_hash_insert(&q->clhash, &cl->common);
517         qfq_add_to_agg(q, new_agg, cl);
518         sch_tree_unlock(sch);
519         qdisc_class_hash_grow(sch, &q->clhash);
520
521         *arg = (unsigned long)cl;
522         return 0;
523
524 destroy_class:
525         qdisc_put(cl->qdisc);
526         kfree(cl);
527         return err;
528 }
529
530 static void qfq_destroy_class(struct Qdisc *sch, struct qfq_class *cl)
531 {
532         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
533
534         qfq_rm_from_agg(q, cl);
535         gen_kill_estimator(&cl->rate_est);
536         qdisc_put(cl->qdisc);
537         kfree(cl);
538 }
539
540 static int qfq_delete_class(struct Qdisc *sch, unsigned long arg,
541                             struct netlink_ext_ack *extack)
542 {
543         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
544         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
545
546         if (qdisc_class_in_use(&cl->common)) {
547                 NL_SET_ERR_MSG_MOD(extack, "QFQ class in use");
548                 return -EBUSY;
549         }
550
551         sch_tree_lock(sch);
552
553         qdisc_purge_queue(cl->qdisc);
554         qdisc_class_hash_remove(&q->clhash, &cl->common);
555
556         sch_tree_unlock(sch);
557
558         qfq_destroy_class(sch, cl);
559         return 0;
560 }
561
562 static unsigned long qfq_search_class(struct Qdisc *sch, u32 classid)
563 {
564         return (unsigned long)qfq_find_class(sch, classid);
565 }
566
567 static struct tcf_block *qfq_tcf_block(struct Qdisc *sch, unsigned long cl,
568                                        struct netlink_ext_ack *extack)
569 {
570         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
571
572         if (cl)
573                 return NULL;
574
575         return q->block;
576 }
577
578 static unsigned long qfq_bind_tcf(struct Qdisc *sch, unsigned long parent,
579                                   u32 classid)
580 {
581         struct qfq_class *cl = qfq_find_class(sch, classid);
582
583         if (cl)
584                 qdisc_class_get(&cl->common);
585
586         return (unsigned long)cl;
587 }
588
589 static void qfq_unbind_tcf(struct Qdisc *sch, unsigned long arg)
590 {
591         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
592
593         qdisc_class_put(&cl->common);
594 }
595
596 static int qfq_graft_class(struct Qdisc *sch, unsigned long arg,
597                            struct Qdisc *new, struct Qdisc **old,
598                            struct netlink_ext_ack *extack)
599 {
600         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
601
602         if (new == NULL) {
603                 new = qdisc_create_dflt(sch->dev_queue, &pfifo_qdisc_ops,
604                                         cl->common.classid, NULL);
605                 if (new == NULL)
606                         new = &noop_qdisc;
607         }
608
609         *old = qdisc_replace(sch, new, &cl->qdisc);
610         return 0;
611 }
612
613 static struct Qdisc *qfq_class_leaf(struct Qdisc *sch, unsigned long arg)
614 {
615         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
616
617         return cl->qdisc;
618 }
619
620 static int qfq_dump_class(struct Qdisc *sch, unsigned long arg,
621                           struct sk_buff *skb, struct tcmsg *tcm)
622 {
623         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
624         struct nlattr *nest;
625
626         tcm->tcm_parent = TC_H_ROOT;
627         tcm->tcm_handle = cl->common.classid;
628         tcm->tcm_info   = cl->qdisc->handle;
629
630         nest = nla_nest_start_noflag(skb, TCA_OPTIONS);
631         if (nest == NULL)
632                 goto nla_put_failure;
633         if (nla_put_u32(skb, TCA_QFQ_WEIGHT, cl->agg->class_weight) ||
634             nla_put_u32(skb, TCA_QFQ_LMAX, cl->agg->lmax))
635                 goto nla_put_failure;
636         return nla_nest_end(skb, nest);
637
638 nla_put_failure:
639         nla_nest_cancel(skb, nest);
640         return -EMSGSIZE;
641 }
642
643 static int qfq_dump_class_stats(struct Qdisc *sch, unsigned long arg,
644                                 struct gnet_dump *d)
645 {
646         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
647         struct tc_qfq_stats xstats;
648
649         memset(&xstats, 0, sizeof(xstats));
650
651         xstats.weight = cl->agg->class_weight;
652         xstats.lmax = cl->agg->lmax;
653
654         if (gnet_stats_copy_basic(d, NULL, &cl->bstats, true) < 0 ||
655             gnet_stats_copy_rate_est(d, &cl->rate_est) < 0 ||
656             qdisc_qstats_copy(d, cl->qdisc) < 0)
657                 return -1;
658
659         return gnet_stats_copy_app(d, &xstats, sizeof(xstats));
660 }
661
662 static void qfq_walk(struct Qdisc *sch, struct qdisc_walker *arg)
663 {
664         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
665         struct qfq_class *cl;
666         unsigned int i;
667
668         if (arg->stop)
669                 return;
670
671         for (i = 0; i < q->clhash.hashsize; i++) {
672                 hlist_for_each_entry(cl, &q->clhash.hash[i], common.hnode) {
673                         if (!tc_qdisc_stats_dump(sch, (unsigned long)cl, arg))
674                                 return;
675                 }
676         }
677 }
678
679 static struct qfq_class *qfq_classify(struct sk_buff *skb, struct Qdisc *sch,
680                                       int *qerr)
681 {
682         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
683         struct qfq_class *cl;
684         struct tcf_result res;
685         struct tcf_proto *fl;
686         int result;
687
688         if (TC_H_MAJ(skb->priority ^ sch->handle) == 0) {
689                 pr_debug("qfq_classify: found %d\n", skb->priority);
690                 cl = qfq_find_class(sch, skb->priority);
691                 if (cl != NULL)
692                         return cl;
693         }
694
695         *qerr = NET_XMIT_SUCCESS | __NET_XMIT_BYPASS;
696         fl = rcu_dereference_bh(q->filter_list);
697         result = tcf_classify(skb, NULL, fl, &res, false);
698         if (result >= 0) {
699 #ifdef CONFIG_NET_CLS_ACT
700                 switch (result) {
701                 case TC_ACT_QUEUED:
702                 case TC_ACT_STOLEN:
703                 case TC_ACT_TRAP:
704                         *qerr = NET_XMIT_SUCCESS | __NET_XMIT_STOLEN;
705                         fallthrough;
706                 case TC_ACT_SHOT:
707                         return NULL;
708                 }
709 #endif
710                 cl = (struct qfq_class *)res.class;
711                 if (cl == NULL)
712                         cl = qfq_find_class(sch, res.classid);
713                 return cl;
714         }
715
716         return NULL;
717 }
718
719 /* Generic comparison function, handling wraparound. */
720 static inline int qfq_gt(u64 a, u64 b)
721 {
722         return (s64)(a - b) > 0;
723 }
724
725 /* Round a precise timestamp to its slotted value. */
726 static inline u64 qfq_round_down(u64 ts, unsigned int shift)
727 {
728         return ts & ~((1ULL << shift) - 1);
729 }
730
731 /* return the pointer to the group with lowest index in the bitmap */
732 static inline struct qfq_group *qfq_ffs(struct qfq_sched *q,
733                                         unsigned long bitmap)
734 {
735         int index = __ffs(bitmap);
736         return &q->groups[index];
737 }
738 /* Calculate a mask to mimic what would be ffs_from(). */
739 static inline unsigned long mask_from(unsigned long bitmap, int from)
740 {
741         return bitmap & ~((1UL << from) - 1);
742 }
743
744 /*
745  * The state computation relies on ER=0, IR=1, EB=2, IB=3
746  * First compute eligibility comparing grp->S, q->V,
747  * then check if someone is blocking us and possibly add EB
748  */
749 static int qfq_calc_state(struct qfq_sched *q, const struct qfq_group *grp)
750 {
751         /* if S > V we are not eligible */
752         unsigned int state = qfq_gt(grp->S, q->V);
753         unsigned long mask = mask_from(q->bitmaps[ER], grp->index);
754         struct qfq_group *next;
755
756         if (mask) {
757                 next = qfq_ffs(q, mask);
758                 if (qfq_gt(grp->F, next->F))
759                         state |= EB;
760         }
761
762         return state;
763 }
764
765
766 /*
767  * In principle
768  *      q->bitmaps[dst] |= q->bitmaps[src] & mask;
769  *      q->bitmaps[src] &= ~mask;
770  * but we should make sure that src != dst
771  */
772 static inline void qfq_move_groups(struct qfq_sched *q, unsigned long mask,
773                                    int src, int dst)
774 {
775         q->bitmaps[dst] |= q->bitmaps[src] & mask;
776         q->bitmaps[src] &= ~mask;
777 }
778
779 static void qfq_unblock_groups(struct qfq_sched *q, int index, u64 old_F)
780 {
781         unsigned long mask = mask_from(q->bitmaps[ER], index + 1);
782         struct qfq_group *next;
783
784         if (mask) {
785                 next = qfq_ffs(q, mask);
786                 if (!qfq_gt(next->F, old_F))
787                         return;
788         }
789
790         mask = (1UL << index) - 1;
791         qfq_move_groups(q, mask, EB, ER);
792         qfq_move_groups(q, mask, IB, IR);
793 }
794
795 /*
796  * perhaps
797  *
798         old_V ^= q->V;
799         old_V >>= q->min_slot_shift;
800         if (old_V) {
801                 ...
802         }
803  *
804  */
805 static void qfq_make_eligible(struct qfq_sched *q)
806 {
807         unsigned long vslot = q->V >> q->min_slot_shift;
808         unsigned long old_vslot = q->oldV >> q->min_slot_shift;
809
810         if (vslot != old_vslot) {
811                 unsigned long mask;
812                 int last_flip_pos = fls(vslot ^ old_vslot);
813
814                 if (last_flip_pos > 31) /* higher than the number of groups */
815                         mask = ~0UL;    /* make all groups eligible */
816                 else
817                         mask = (1UL << last_flip_pos) - 1;
818
819                 qfq_move_groups(q, mask, IR, ER);
820                 qfq_move_groups(q, mask, IB, EB);
821         }
822 }
823
824 /*
825  * The index of the slot in which the input aggregate agg is to be
826  * inserted must not be higher than QFQ_MAX_SLOTS-2. There is a '-2'
827  * and not a '-1' because the start time of the group may be moved
828  * backward by one slot after the aggregate has been inserted, and
829  * this would cause non-empty slots to be right-shifted by one
830  * position.
831  *
832  * QFQ+ fully satisfies this bound to the slot index if the parameters
833  * of the classes are not changed dynamically, and if QFQ+ never
834  * happens to postpone the service of agg unjustly, i.e., it never
835  * happens that the aggregate becomes backlogged and eligible, or just
836  * eligible, while an aggregate with a higher approximated finish time
837  * is being served. In particular, in this case QFQ+ guarantees that
838  * the timestamps of agg are low enough that the slot index is never
839  * higher than 2. Unfortunately, QFQ+ cannot provide the same
840  * guarantee if it happens to unjustly postpone the service of agg, or
841  * if the parameters of some class are changed.
842  *
843  * As for the first event, i.e., an out-of-order service, the
844  * upper bound to the slot index guaranteed by QFQ+ grows to
845  * 2 +
846  * QFQ_MAX_AGG_CLASSES * ((1<<QFQ_MTU_SHIFT)/QFQ_MIN_LMAX) *
847  * (current_max_weight/current_wsum) <= 2 + 8 * 128 * 1.
848  *
849  * The following function deals with this problem by backward-shifting
850  * the timestamps of agg, if needed, so as to guarantee that the slot
851  * index is never higher than QFQ_MAX_SLOTS-2. This backward-shift may
852  * cause the service of other aggregates to be postponed, yet the
853  * worst-case guarantees of these aggregates are not violated.  In
854  * fact, in case of no out-of-order service, the timestamps of agg
855  * would have been even lower than they are after the backward shift,
856  * because QFQ+ would have guaranteed a maximum value equal to 2 for
857  * the slot index, and 2 < QFQ_MAX_SLOTS-2. Hence the aggregates whose
858  * service is postponed because of the backward-shift would have
859  * however waited for the service of agg before being served.
860  *
861  * The other event that may cause the slot index to be higher than 2
862  * for agg is a recent change of the parameters of some class. If the
863  * weight of a class is increased or the lmax (max_pkt_size) of the
864  * class is decreased, then a new aggregate with smaller slot size
865  * than the original parent aggregate of the class may happen to be
866  * activated. The activation of this aggregate should be properly
867  * delayed to when the service of the class has finished in the ideal
868  * system tracked by QFQ+. If the activation of the aggregate is not
869  * delayed to this reference time instant, then this aggregate may be
870  * unjustly served before other aggregates waiting for service. This
871  * may cause the above bound to the slot index to be violated for some
872  * of these unlucky aggregates.
873  *
874  * Instead of delaying the activation of the new aggregate, which is
875  * quite complex, the above-discussed capping of the slot index is
876  * used to handle also the consequences of a change of the parameters
877  * of a class.
878  */
879 static void qfq_slot_insert(struct qfq_group *grp, struct qfq_aggregate *agg,
880                             u64 roundedS)
881 {
882         u64 slot = (roundedS - grp->S) >> grp->slot_shift;
883         unsigned int i; /* slot index in the bucket list */
884
885         if (unlikely(slot > QFQ_MAX_SLOTS - 2)) {
886                 u64 deltaS = roundedS - grp->S -
887                         ((u64)(QFQ_MAX_SLOTS - 2)<<grp->slot_shift);
888                 agg->S -= deltaS;
889                 agg->F -= deltaS;
890                 slot = QFQ_MAX_SLOTS - 2;
891         }
892
893         i = (grp->front + slot) % QFQ_MAX_SLOTS;
894
895         hlist_add_head(&agg->next, &grp->slots[i]);
896         __set_bit(slot, &grp->full_slots);
897 }
898
899 /* Maybe introduce hlist_first_entry?? */
900 static struct qfq_aggregate *qfq_slot_head(struct qfq_group *grp)
901 {
902         return hlist_entry(grp->slots[grp->front].first,
903                            struct qfq_aggregate, next);
904 }
905
906 /*
907  * remove the entry from the slot
908  */
909 static void qfq_front_slot_remove(struct qfq_group *grp)
910 {
911         struct qfq_aggregate *agg = qfq_slot_head(grp);
912
913         BUG_ON(!agg);
914         hlist_del(&agg->next);
915         if (hlist_empty(&grp->slots[grp->front]))
916                 __clear_bit(0, &grp->full_slots);
917 }
918
919 /*
920  * Returns the first aggregate in the first non-empty bucket of the
921  * group. As a side effect, adjusts the bucket list so the first
922  * non-empty bucket is at position 0 in full_slots.
923  */
924 static struct qfq_aggregate *qfq_slot_scan(struct qfq_group *grp)
925 {
926         unsigned int i;
927
928         pr_debug("qfq slot_scan: grp %u full %#lx\n",
929                  grp->index, grp->full_slots);
930
931         if (grp->full_slots == 0)
932                 return NULL;
933
934         i = __ffs(grp->full_slots);  /* zero based */
935         if (i > 0) {
936                 grp->front = (grp->front + i) % QFQ_MAX_SLOTS;
937                 grp->full_slots >>= i;
938         }
939
940         return qfq_slot_head(grp);
941 }
942
943 /*
944  * adjust the bucket list. When the start time of a group decreases,
945  * we move the index down (modulo QFQ_MAX_SLOTS) so we don't need to
946  * move the objects. The mask of occupied slots must be shifted
947  * because we use ffs() to find the first non-empty slot.
948  * This covers decreases in the group's start time, but what about
949  * increases of the start time ?
950  * Here too we should make sure that i is less than 32
951  */
952 static void qfq_slot_rotate(struct qfq_group *grp, u64 roundedS)
953 {
954         unsigned int i = (grp->S - roundedS) >> grp->slot_shift;
955
956         grp->full_slots <<= i;
957         grp->front = (grp->front - i) % QFQ_MAX_SLOTS;
958 }
959
960 static void qfq_update_eligible(struct qfq_sched *q)
961 {
962         struct qfq_group *grp;
963         unsigned long ineligible;
964
965         ineligible = q->bitmaps[IR] | q->bitmaps[IB];
966         if (ineligible) {
967                 if (!q->bitmaps[ER]) {
968                         grp = qfq_ffs(q, ineligible);
969                         if (qfq_gt(grp->S, q->V))
970                                 q->V = grp->S;
971                 }
972                 qfq_make_eligible(q);
973         }
974 }
975
976 /* Dequeue head packet of the head class in the DRR queue of the aggregate. */
977 static struct sk_buff *agg_dequeue(struct qfq_aggregate *agg,
978                                    struct qfq_class *cl, unsigned int len)
979 {
980         struct sk_buff *skb = qdisc_dequeue_peeked(cl->qdisc);
981
982         if (!skb)
983                 return NULL;
984
985         cl->deficit -= (int) len;
986
987         if (cl->qdisc->q.qlen == 0) /* no more packets, remove from list */
988                 list_del(&cl->alist);
989         else if (cl->deficit < qdisc_pkt_len(cl->qdisc->ops->peek(cl->qdisc))) {
990                 cl->deficit += agg->lmax;
991                 list_move_tail(&cl->alist, &agg->active);
992         }
993
994         return skb;
995 }
996
997 static inline struct sk_buff *qfq_peek_skb(struct qfq_aggregate *agg,
998                                            struct qfq_class **cl,
999                                            unsigned int *len)
1000 {
1001         struct sk_buff *skb;
1002
1003         *cl = list_first_entry(&agg->active, struct qfq_class, alist);
1004         skb = (*cl)->qdisc->ops->peek((*cl)->qdisc);
1005         if (skb == NULL)
1006                 qdisc_warn_nonwc("qfq_dequeue", (*cl)->qdisc);
1007         else
1008                 *len = qdisc_pkt_len(skb);
1009
1010         return skb;
1011 }
1012
1013 /* Update F according to the actual service received by the aggregate. */
1014 static inline void charge_actual_service(struct qfq_aggregate *agg)
1015 {
1016         /* Compute the service received by the aggregate, taking into
1017          * account that, after decreasing the number of classes in
1018          * agg, it may happen that
1019          * agg->initial_budget - agg->budget > agg->bugdetmax
1020          */
1021         u32 service_received = min(agg->budgetmax,
1022                                    agg->initial_budget - agg->budget);
1023
1024         agg->F = agg->S + (u64)service_received * agg->inv_w;
1025 }
1026
1027 /* Assign a reasonable start time for a new aggregate in group i.
1028  * Admissible values for \hat(F) are multiples of \sigma_i
1029  * no greater than V+\sigma_i . Larger values mean that
1030  * we had a wraparound so we consider the timestamp to be stale.
1031  *
1032  * If F is not stale and F >= V then we set S = F.
1033  * Otherwise we should assign S = V, but this may violate
1034  * the ordering in EB (see [2]). So, if we have groups in ER,
1035  * set S to the F_j of the first group j which would be blocking us.
1036  * We are guaranteed not to move S backward because
1037  * otherwise our group i would still be blocked.
1038  */
1039 static void qfq_update_start(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg)
1040 {
1041         unsigned long mask;
1042         u64 limit, roundedF;
1043         int slot_shift = agg->grp->slot_shift;
1044
1045         roundedF = qfq_round_down(agg->F, slot_shift);
1046         limit = qfq_round_down(q->V, slot_shift) + (1ULL << slot_shift);
1047
1048         if (!qfq_gt(agg->F, q->V) || qfq_gt(roundedF, limit)) {
1049                 /* timestamp was stale */
1050                 mask = mask_from(q->bitmaps[ER], agg->grp->index);
1051                 if (mask) {
1052                         struct qfq_group *next = qfq_ffs(q, mask);
1053                         if (qfq_gt(roundedF, next->F)) {
1054                                 if (qfq_gt(limit, next->F))
1055                                         agg->S = next->F;
1056                                 else /* preserve timestamp correctness */
1057                                         agg->S = limit;
1058                                 return;
1059                         }
1060                 }
1061                 agg->S = q->V;
1062         } else  /* timestamp is not stale */
1063                 agg->S = agg->F;
1064 }
1065
1066 /* Update the timestamps of agg before scheduling/rescheduling it for
1067  * service.  In particular, assign to agg->F its maximum possible
1068  * value, i.e., the virtual finish time with which the aggregate
1069  * should be labeled if it used all its budget once in service.
1070  */
1071 static inline void
1072 qfq_update_agg_ts(struct qfq_sched *q,
1073                     struct qfq_aggregate *agg, enum update_reason reason)
1074 {
1075         if (reason != requeue)
1076                 qfq_update_start(q, agg);
1077         else /* just charge agg for the service received */
1078                 agg->S = agg->F;
1079
1080         agg->F = agg->S + (u64)agg->budgetmax * agg->inv_w;
1081 }
1082
1083 static void qfq_schedule_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg);
1084
1085 static struct sk_buff *qfq_dequeue(struct Qdisc *sch)
1086 {
1087         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1088         struct qfq_aggregate *in_serv_agg = q->in_serv_agg;
1089         struct qfq_class *cl;
1090         struct sk_buff *skb = NULL;
1091         /* next-packet len, 0 means no more active classes in in-service agg */
1092         unsigned int len = 0;
1093
1094         if (in_serv_agg == NULL)
1095                 return NULL;
1096
1097         if (!list_empty(&in_serv_agg->active))
1098                 skb = qfq_peek_skb(in_serv_agg, &cl, &len);
1099
1100         /*
1101          * If there are no active classes in the in-service aggregate,
1102          * or if the aggregate has not enough budget to serve its next
1103          * class, then choose the next aggregate to serve.
1104          */
1105         if (len == 0 || in_serv_agg->budget < len) {
1106                 charge_actual_service(in_serv_agg);
1107
1108                 /* recharge the budget of the aggregate */
1109                 in_serv_agg->initial_budget = in_serv_agg->budget =
1110                         in_serv_agg->budgetmax;
1111
1112                 if (!list_empty(&in_serv_agg->active)) {
1113                         /*
1114                          * Still active: reschedule for
1115                          * service. Possible optimization: if no other
1116                          * aggregate is active, then there is no point
1117                          * in rescheduling this aggregate, and we can
1118                          * just keep it as the in-service one. This
1119                          * should be however a corner case, and to
1120                          * handle it, we would need to maintain an
1121                          * extra num_active_aggs field.
1122                         */
1123                         qfq_update_agg_ts(q, in_serv_agg, requeue);
1124                         qfq_schedule_agg(q, in_serv_agg);
1125                 } else if (sch->q.qlen == 0) { /* no aggregate to serve */
1126                         q->in_serv_agg = NULL;
1127                         return NULL;
1128                 }
1129
1130                 /*
1131                  * If we get here, there are other aggregates queued:
1132                  * choose the new aggregate to serve.
1133                  */
1134                 in_serv_agg = q->in_serv_agg = qfq_choose_next_agg(q);
1135                 skb = qfq_peek_skb(in_serv_agg, &cl, &len);
1136         }
1137         if (!skb)
1138                 return NULL;
1139
1140         sch->q.qlen--;
1141
1142         skb = agg_dequeue(in_serv_agg, cl, len);
1143
1144         if (!skb) {
1145                 sch->q.qlen++;
1146                 return NULL;
1147         }
1148
1149         qdisc_qstats_backlog_dec(sch, skb);
1150         qdisc_bstats_update(sch, skb);
1151
1152         /* If lmax is lowered, through qfq_change_class, for a class
1153          * owning pending packets with larger size than the new value
1154          * of lmax, then the following condition may hold.
1155          */
1156         if (unlikely(in_serv_agg->budget < len))
1157                 in_serv_agg->budget = 0;
1158         else
1159                 in_serv_agg->budget -= len;
1160
1161         q->V += (u64)len * q->iwsum;
1162         pr_debug("qfq dequeue: len %u F %lld now %lld\n",
1163                  len, (unsigned long long) in_serv_agg->F,
1164                  (unsigned long long) q->V);
1165
1166         return skb;
1167 }
1168
1169 static struct qfq_aggregate *qfq_choose_next_agg(struct qfq_sched *q)
1170 {
1171         struct qfq_group *grp;
1172         struct qfq_aggregate *agg, *new_front_agg;
1173         u64 old_F;
1174
1175         qfq_update_eligible(q);
1176         q->oldV = q->V;
1177
1178         if (!q->bitmaps[ER])
1179                 return NULL;
1180
1181         grp = qfq_ffs(q, q->bitmaps[ER]);
1182         old_F = grp->F;
1183
1184         agg = qfq_slot_head(grp);
1185
1186         /* agg starts to be served, remove it from schedule */
1187         qfq_front_slot_remove(grp);
1188
1189         new_front_agg = qfq_slot_scan(grp);
1190
1191         if (new_front_agg == NULL) /* group is now inactive, remove from ER */
1192                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]);
1193         else {
1194                 u64 roundedS = qfq_round_down(new_front_agg->S,
1195                                               grp->slot_shift);
1196                 unsigned int s;
1197
1198                 if (grp->S == roundedS)
1199                         return agg;
1200                 grp->S = roundedS;
1201                 grp->F = roundedS + (2ULL << grp->slot_shift);
1202                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]);
1203                 s = qfq_calc_state(q, grp);
1204                 __set_bit(grp->index, &q->bitmaps[s]);
1205         }
1206
1207         qfq_unblock_groups(q, grp->index, old_F);
1208
1209         return agg;
1210 }
1211
1212 static int qfq_enqueue(struct sk_buff *skb, struct Qdisc *sch,
1213                        struct sk_buff **to_free)
1214 {
1215         unsigned int len = qdisc_pkt_len(skb), gso_segs;
1216         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1217         struct qfq_class *cl;
1218         struct qfq_aggregate *agg;
1219         int err = 0;
1220         bool first;
1221
1222         cl = qfq_classify(skb, sch, &err);
1223         if (cl == NULL) {
1224                 if (err & __NET_XMIT_BYPASS)
1225                         qdisc_qstats_drop(sch);
1226                 __qdisc_drop(skb, to_free);
1227                 return err;
1228         }
1229         pr_debug("qfq_enqueue: cl = %x\n", cl->common.classid);
1230
1231         if (unlikely(cl->agg->lmax < len)) {
1232                 pr_debug("qfq: increasing maxpkt from %u to %u for class %u",
1233                          cl->agg->lmax, len, cl->common.classid);
1234                 err = qfq_change_agg(sch, cl, cl->agg->class_weight, len);
1235                 if (err) {
1236                         cl->qstats.drops++;
1237                         return qdisc_drop(skb, sch, to_free);
1238                 }
1239         }
1240
1241         gso_segs = skb_is_gso(skb) ? skb_shinfo(skb)->gso_segs : 1;
1242         first = !cl->qdisc->q.qlen;
1243         err = qdisc_enqueue(skb, cl->qdisc, to_free);
1244         if (unlikely(err != NET_XMIT_SUCCESS)) {
1245                 pr_debug("qfq_enqueue: enqueue failed %d\n", err);
1246                 if (net_xmit_drop_count(err)) {
1247                         cl->qstats.drops++;
1248                         qdisc_qstats_drop(sch);
1249                 }
1250                 return err;
1251         }
1252
1253         _bstats_update(&cl->bstats, len, gso_segs);
1254         sch->qstats.backlog += len;
1255         ++sch->q.qlen;
1256
1257         agg = cl->agg;
1258         /* if the queue was not empty, then done here */
1259         if (!first) {
1260                 if (unlikely(skb == cl->qdisc->ops->peek(cl->qdisc)) &&
1261                     list_first_entry(&agg->active, struct qfq_class, alist)
1262                     == cl && cl->deficit < len)
1263                         list_move_tail(&cl->alist, &agg->active);
1264
1265                 return err;
1266         }
1267
1268         /* schedule class for service within the aggregate */
1269         cl->deficit = agg->lmax;
1270         list_add_tail(&cl->alist, &agg->active);
1271
1272         if (list_first_entry(&agg->active, struct qfq_class, alist) != cl ||
1273             q->in_serv_agg == agg)
1274                 return err; /* non-empty or in service, nothing else to do */
1275
1276         qfq_activate_agg(q, agg, enqueue);
1277
1278         return err;
1279 }
1280
1281 /*
1282  * Schedule aggregate according to its timestamps.
1283  */
1284 static void qfq_schedule_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg)
1285 {
1286         struct qfq_group *grp = agg->grp;
1287         u64 roundedS;
1288         int s;
1289
1290         roundedS = qfq_round_down(agg->S, grp->slot_shift);
1291
1292         /*
1293          * Insert agg in the correct bucket.
1294          * If agg->S >= grp->S we don't need to adjust the
1295          * bucket list and simply go to the insertion phase.
1296          * Otherwise grp->S is decreasing, we must make room
1297          * in the bucket list, and also recompute the group state.
1298          * Finally, if there were no flows in this group and nobody
1299          * was in ER make sure to adjust V.
1300          */
1301         if (grp->full_slots) {
1302                 if (!qfq_gt(grp->S, agg->S))
1303                         goto skip_update;
1304
1305                 /* create a slot for this agg->S */
1306                 qfq_slot_rotate(grp, roundedS);
1307                 /* group was surely ineligible, remove */
1308                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IR]);
1309                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IB]);
1310         } else if (!q->bitmaps[ER] && qfq_gt(roundedS, q->V) &&
1311                    q->in_serv_agg == NULL)
1312                 q->V = roundedS;
1313
1314         grp->S = roundedS;
1315         grp->F = roundedS + (2ULL << grp->slot_shift);
1316         s = qfq_calc_state(q, grp);
1317         __set_bit(grp->index, &q->bitmaps[s]);
1318
1319         pr_debug("qfq enqueue: new state %d %#lx S %lld F %lld V %lld\n",
1320                  s, q->bitmaps[s],
1321                  (unsigned long long) agg->S,
1322                  (unsigned long long) agg->F,
1323                  (unsigned long long) q->V);
1324
1325 skip_update:
1326         qfq_slot_insert(grp, agg, roundedS);
1327 }
1328
1329
1330 /* Update agg ts and schedule agg for service */
1331 static void qfq_activate_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg,
1332                              enum update_reason reason)
1333 {
1334         agg->initial_budget = agg->budget = agg->budgetmax; /* recharge budg. */
1335
1336         qfq_update_agg_ts(q, agg, reason);
1337         if (q->in_serv_agg == NULL) { /* no aggr. in service or scheduled */
1338                 q->in_serv_agg = agg; /* start serving this aggregate */
1339                  /* update V: to be in service, agg must be eligible */
1340                 q->oldV = q->V = agg->S;
1341         } else if (agg != q->in_serv_agg)
1342                 qfq_schedule_agg(q, agg);
1343 }
1344
1345 static void qfq_slot_remove(struct qfq_sched *q, struct qfq_group *grp,
1346                             struct qfq_aggregate *agg)
1347 {
1348         unsigned int i, offset;
1349         u64 roundedS;
1350
1351         roundedS = qfq_round_down(agg->S, grp->slot_shift);
1352         offset = (roundedS - grp->S) >> grp->slot_shift;
1353
1354         i = (grp->front + offset) % QFQ_MAX_SLOTS;
1355
1356         hlist_del(&agg->next);
1357         if (hlist_empty(&grp->slots[i]))
1358                 __clear_bit(offset, &grp->full_slots);
1359 }
1360
1361 /*
1362  * Called to forcibly deschedule an aggregate.  If the aggregate is
1363  * not in the front bucket, or if the latter has other aggregates in
1364  * the front bucket, we can simply remove the aggregate with no other
1365  * side effects.
1366  * Otherwise we must propagate the event up.
1367  */
1368 static void qfq_deactivate_agg(struct qfq_sched *q, struct qfq_aggregate *agg)
1369 {
1370         struct qfq_group *grp = agg->grp;
1371         unsigned long mask;
1372         u64 roundedS;
1373         int s;
1374
1375         if (agg == q->in_serv_agg) {
1376                 charge_actual_service(agg);
1377                 q->in_serv_agg = qfq_choose_next_agg(q);
1378                 return;
1379         }
1380
1381         agg->F = agg->S;
1382         qfq_slot_remove(q, grp, agg);
1383
1384         if (!grp->full_slots) {
1385                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IR]);
1386                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[EB]);
1387                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IB]);
1388
1389                 if (test_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]) &&
1390                     !(q->bitmaps[ER] & ~((1UL << grp->index) - 1))) {
1391                         mask = q->bitmaps[ER] & ((1UL << grp->index) - 1);
1392                         if (mask)
1393                                 mask = ~((1UL << __fls(mask)) - 1);
1394                         else
1395                                 mask = ~0UL;
1396                         qfq_move_groups(q, mask, EB, ER);
1397                         qfq_move_groups(q, mask, IB, IR);
1398                 }
1399                 __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]);
1400         } else if (hlist_empty(&grp->slots[grp->front])) {
1401                 agg = qfq_slot_scan(grp);
1402                 roundedS = qfq_round_down(agg->S, grp->slot_shift);
1403                 if (grp->S != roundedS) {
1404                         __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[ER]);
1405                         __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IR]);
1406                         __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[EB]);
1407                         __clear_bit(grp->index, &q->bitmaps[IB]);
1408                         grp->S = roundedS;
1409                         grp->F = roundedS + (2ULL << grp->slot_shift);
1410                         s = qfq_calc_state(q, grp);
1411                         __set_bit(grp->index, &q->bitmaps[s]);
1412                 }
1413         }
1414 }
1415
1416 static void qfq_qlen_notify(struct Qdisc *sch, unsigned long arg)
1417 {
1418         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1419         struct qfq_class *cl = (struct qfq_class *)arg;
1420
1421         qfq_deactivate_class(q, cl);
1422 }
1423
1424 static int qfq_init_qdisc(struct Qdisc *sch, struct nlattr *opt,
1425                           struct netlink_ext_ack *extack)
1426 {
1427         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1428         struct qfq_group *grp;
1429         int i, j, err;
1430         u32 max_cl_shift, maxbudg_shift, max_classes;
1431
1432         err = tcf_block_get(&q->block, &q->filter_list, sch, extack);
1433         if (err)
1434                 return err;
1435
1436         err = qdisc_class_hash_init(&q->clhash);
1437         if (err < 0)
1438                 return err;
1439
1440         max_classes = min_t(u64, (u64)qdisc_dev(sch)->tx_queue_len + 1,
1441                             QFQ_MAX_AGG_CLASSES);
1442         /* max_cl_shift = floor(log_2(max_classes)) */
1443         max_cl_shift = __fls(max_classes);
1444         q->max_agg_classes = 1<<max_cl_shift;
1445
1446         /* maxbudg_shift = log2(max_len * max_classes_per_agg) */
1447         maxbudg_shift = QFQ_MTU_SHIFT + max_cl_shift;
1448         q->min_slot_shift = FRAC_BITS + maxbudg_shift - QFQ_MAX_INDEX;
1449
1450         for (i = 0; i <= QFQ_MAX_INDEX; i++) {
1451                 grp = &q->groups[i];
1452                 grp->index = i;
1453                 grp->slot_shift = q->min_slot_shift + i;
1454                 for (j = 0; j < QFQ_MAX_SLOTS; j++)
1455                         INIT_HLIST_HEAD(&grp->slots[j]);
1456         }
1457
1458         INIT_HLIST_HEAD(&q->nonfull_aggs);
1459
1460         return 0;
1461 }
1462
1463 static void qfq_reset_qdisc(struct Qdisc *sch)
1464 {
1465         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1466         struct qfq_class *cl;
1467         unsigned int i;
1468
1469         for (i = 0; i < q->clhash.hashsize; i++) {
1470                 hlist_for_each_entry(cl, &q->clhash.hash[i], common.hnode) {
1471                         if (cl->qdisc->q.qlen > 0)
1472                                 qfq_deactivate_class(q, cl);
1473
1474                         qdisc_reset(cl->qdisc);
1475                 }
1476         }
1477 }
1478
1479 static void qfq_destroy_qdisc(struct Qdisc *sch)
1480 {
1481         struct qfq_sched *q = qdisc_priv(sch);
1482         struct qfq_class *cl;
1483         struct hlist_node *next;
1484         unsigned int i;
1485
1486         tcf_block_put(q->block);
1487
1488         for (i = 0; i < q->clhash.hashsize; i++) {
1489                 hlist_for_each_entry_safe(cl, next, &q->clhash.hash[i],
1490                                           common.hnode) {
1491                         qfq_destroy_class(sch, cl);
1492                 }
1493         }
1494         qdisc_class_hash_destroy(&q->clhash);
1495 }
1496
1497 static const struct Qdisc_class_ops qfq_class_ops = {
1498         .change         = qfq_change_class,
1499         .delete         = qfq_delete_class,
1500         .find           = qfq_search_class,
1501         .tcf_block      = qfq_tcf_block,
1502         .bind_tcf       = qfq_bind_tcf,
1503         .unbind_tcf     = qfq_unbind_tcf,
1504         .graft          = qfq_graft_class,
1505         .leaf           = qfq_class_leaf,
1506         .qlen_notify    = qfq_qlen_notify,
1507         .dump           = qfq_dump_class,
1508         .dump_stats     = qfq_dump_class_stats,
1509         .walk           = qfq_walk,
1510 };
1511
1512 static struct Qdisc_ops qfq_qdisc_ops __read_mostly = {
1513         .cl_ops         = &qfq_class_ops,
1514         .id             = "qfq",
1515         .priv_size      = sizeof(struct qfq_sched),
1516         .enqueue        = qfq_enqueue,
1517         .dequeue        = qfq_dequeue,
1518         .peek           = qdisc_peek_dequeued,
1519         .init           = qfq_init_qdisc,
1520         .reset          = qfq_reset_qdisc,
1521         .destroy        = qfq_destroy_qdisc,
1522         .owner          = THIS_MODULE,
1523 };
1524
1525 static int __init qfq_init(void)
1526 {
1527         return register_qdisc(&qfq_qdisc_ops);
1528 }
1529
1530 static void __exit qfq_exit(void)
1531 {
1532         unregister_qdisc(&qfq_qdisc_ops);
1533 }
1534
1535 module_init(qfq_init);
1536 module_exit(qfq_exit);
1537 MODULE_LICENSE("GPL");
1538 MODULE_DESCRIPTION("Quick Fair Queueing Plus qdisc");